24380

CIV2 224

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران - سازه

مهندسي عمران و حمل و نقل

بهمن ‌ماه 1403

139 ص.

سيداميرمهرداد محمدحجازي

قوس‌هاي ايراني , خاك كوبيده شده , تقويت , پارچه چتايي , روش اجزا محدود

خاك خام به عنوان يكي از قديمي‌ترين و پركاربردترين مصالح ساختماني، به واسطه‌ي ويژگي‌ منحصر به فرد خود، از جمله طبيعي بودن و قابليت بازيافت، دوباره در كانون توجه قرار گرفته است. در ميان انواع سازه‌هاي خاكي، خاك‌ كوبيده‌شده به دليل ويژگي‌هايي چون متراكم بودن و يكپارچگي، مزاياي بيشتري نسبت به ساير روش‌ها دارد. با‌ اين‌ حال، بزرگ‌ترين نقطه ضعف آن، مقاومت كششي پايين است. اين مطالعه به بررسي رفتار سازه‌اي قوس‌هاي خاكي‌كوبيده‌شده و بهبود ظرفيت آن‌ با استفاده از پارچه چتايي پرداخته است. پارچه چتاني به دليل مقاومت كششي بالا، وزن كم، طبيعي بودن الياف و سازگاري مطلوب با خاك به عنوان تقويت‌كننده انتخاب شده است. در اين تحقيق با استفاده از نرم‌افزار اجزا محدود انسيس و معيار شكست دراكر-پراگر، به بررسي ظرفيت قوس‌هاي ايراني تقويت‌نشده و تقويت‌شده پرداخته شده است. قوس‌هاي مورد بررسي شامل قوس‌هاي نيم‌دايره، شاخ‌بزي و پنج‌اوهفت هستند كه هركدام از قوس‌هاي شاخ‌بزي و پنج‌اوهفت شامل سه نوع تند، معمولي و كند مي‌باشد. همچنين رفتار اين قوس‌ها از نظر ابعاد هندسي نيز مورد بررسي قرار گرفته است كه شامل نسبت ضخامت به دهانه‌هاي 122/0، 183/0 و 244/0 است. بارگذاري‌هاي اين تحقيق شامل بار خطي در وسط دهانه، بار خطي در يك‌چهارم دهانه، چرخش پايه، نشست پايه و زلزله مي‌باشد. تقويت قوس بر اساس محل آن به چهار حالت تقويت فقط در پايين، فقط در بالا، تقويت همزمان در بالا و پايين و تقويت به‌صورت دورپيچ تقسيم مي‌شود كه هر يك از اين حالت‌ها مي‌تواند تمام طول قوس يا بخشي از آن را به صورت موضعي پوشش دهد و هدف آن‌ها افزايش مقاومت كششي، انسجام سازه و توزيع مناسب‌تر تنش‌ها است. در اين پژوهش دو نمونه قوس خاكي كوبيده شده تقويت نشده و تقويت شده به صورت همزمان در بالا و پايين، تحت بار خطي وسط دهانه آزمايش و با استفاده از نرم افزار انسيس از طريق مقايسه بار شكست و جابجايي در دو نقطه وسط دهانه و زاويه 45º قوس، صحت سنجي شد. نتايج اين مقايسه نشان داد كه اختلاف بارشكست و جابجايي در اين روش صحت سنجي 3% و 7% است. با كاهش نسبت ضخامت به دهانه، عملكرد تقويت به مقدار زيادي بهبود مي‌يابد. مناسب‌ترين وضعيت، نسبت ضخامت به دهانه 122/0 به همراه تقويت است. براي بار خطي، تقويت در پايين قوس مناسب‌تر است. براي قوس پنج‌اوهفت، تقويت سرتاسري در پايين ظرفيت باربري را تا 97% افزايش مي‌دهد، اين در حالي است كه براي قوس شاخ‌بزي تقويت موضعي در پايين باعث افزايش ظرفيت باربري تا 52% مي‌شود. در بارهاي نشست پايه و زلزله، به ترتيب تقويت سرتاسري به صورت همزمان در بالا و پايين قوس، و تقويت دورپيچ مناسب‌تر است به طوري كه ظرفيت باربري به ترتيب تا 70% و 66% افزايش پيدا مي‌كند.

Persian arches , Rammed earth , Strengthening , Jute fabric , Finite element method

Structural Behaviour of Persian Rammed Earth Arches Strengthened with Jute Fabric

مهندسي عمران

Soil as one of the oldest and most widely used building materials, has regained attention due to its unique characteristics, including its natural composition and recyclability. Among various types of earthen structures, rammed earth offers significant advantages over other methods due to its density and structural integrity. However, the primary drawback of earthen structures is their low tensile strength. Therefore, this study investigates the structural behavior of rammed earth arches and explores enhancing their capacity using jute fabric as a strengthening material. This choice is motivated by juteʹs high tensile strength, lightweight, natural fiber composition, and compatibility with soil. The research employs finite element software (ANSYS) and the Drucker-Prager failure criterion to assess the capacity of both unreinforced and reinforced Persian arches. The arches analysed include semi-circular, pointed, and four-centred types, each of pointed arch and four-centred arch has three types: drop, ordinary, and raised. The geometric behaviour of these arches is also examined based on thickness to span ratios of 0.122, 0.183, and 0.244. The loading scenarios considered in this research include linear loads at mid-span, linear loads at one-quarter span, support rotation, support settlement, and earthquakes. Strrengthening strategies are classified into four types based on their application: strengthening only at the intrados, only at the extrados, simultaneous strengthening at the intrados and extrados, and wrapped strengthening. Each method can cover either the entire length or a part of the arch to enhance tensile resistance, structural cohesion, and stress distribution. In this study, two samples of unreinforced and reinforced rammed earth arches were simultaneously tested under a linear load at the center of the span. The analysis was conducted using ANSYS software, comparing the failure load and displacements at two points: the midpoint of the span and at a 45º angle of the arch. The results of this comparison indicated that the differences in failure load and displacement in this validation method were 3% and 7%, respectively. Results show that reducing the thickness to span ratio significantly improves the effectiveness of the strengthening. The most effective scenario involves a thickness to span ratio of 0.122 with strengthening. For linear loads, strengthening at the intrados of the arch proves to be the most effective. In four-centred arches, entire length strengthening at the intrados increases load bearing capacity by up to 97%, whereas in pointed arches, localised intrados strengthening improves load bearing capacity by 52%. In the case of base settlement and earthquake loading, entire length strengthening simultaneously at the intrados and extrados, and wrapped strengthening are the most effective. These configurations increase load bearing capacity by 70% and 66%, respectively.

6

120323